高溫馬弗爐是實驗室常用的工具之一,從事材料研究的部門更是離不開它。硅鉬棒高溫馬弗爐由于爐子的使用情況、工作年限的不同,儀表顯示的溫度與實際溫度都存在一定的差異,控溫偏差會存在兩個問題,一是不同高溫爐燒出的樣品失去了可比性,給科研增加了困難,甚至產生誤導;二是高溫爐失去了其原有的通用性,造成了設備資源的浪費,使高溫爐的利用率降低。

      采用一種比較準確的標定方法,對高溫爐進行標定,就能排除不同爐子之間的差異,使所有的爐子誤差都統一到標定方法所產生的誤差上來,這樣就可以解決上述兩個問題,給科學研究帶來很大的方便。

硅鉬棒爐的工作原理

     硅鉬棒爐主要是由爐體和爐溫控制系統兩部分組成,單相硅鉬棒爐,采用的是交流調壓系統對爐溫進行控制。它采用移相觸發電路,通過改變晶閘管導通角的大小來調節輸出功率,達到控制電爐溫度的目的。它的前級配用溫度指示調節儀表,檢測端配有B型熱電偶,能對電爐的溫度進行測量、指示及自動控制。爐體內有硅鉬棒(發熱元件)和熱電偶(感溫元件),熱電偶輸出的毫伏值通過PID調節器,與電路中的電壓負反饋信號反相疊加,疊加后的信號大小控制著充放電電容充放電的速度,從而改變了可控硅觸發信號的大小。當輸出電流增大時,負反饋信號也增大,則可控硅的觸發信號減小,使輸出電流減小,反之亦然,從而增加了控制系統的穩定性。

硅鉬棒爐溫度系統誤差分析

     由硅鉬棒爐的工作原理可以看出,其溫度誤差主要是由熱電偶和溫度指示調節儀表產生的。

2. 1　熱電偶產生的誤差

     熱電偶是根據塞貝克效應來測量溫度的。將兩種不同材料的導體A、B連成閉合回路,如果使兩個接點處于不同的溫度T0、T,則回路中就有電動勢出現,稱為熱電勢,這一現象稱為熱電效應。熱電勢是溫度T0和T的函數,恒定接點溫度T0,則熱電勢是溫度T的單值函數,只要測得熱電勢的大小,便可得到被測溫度T[3]。熱電偶產生誤差的主要因素有:

1、熱電偶不穩定性的影響[4],不穩定性就是指熱電偶的分度值隨使用時間和使用條件的不同而引起的變化。大多數情況下,它可能是不準確性的主要原因。影響不穩定性的因素有:熱電極在高溫下揮發、氧化、還原、脆化、結晶、玷污等。

2、不均勻性的影響,一般來說熱電偶若是由均質導體制成的,則其熱電勢只與兩端的溫度有關,若熱電極材料不是均勻的,且熱電極又處于溫度梯度場中,則熱電偶會產生一個附加熱電勢,其大小取決于沿熱電極長度的溫度梯度分布狀態,材料的不均勻形式和不均勻程度及熱電極在溫度場中所處的位置。

2. 2　顯示儀表的誤差

     顯示儀表都有一定的精度等級,它說明了儀表在二次測量中允許誤差的大小。其誤差主要有以下幾部分引起的:

1、非線性的影響[5],根據成型熱電偶的特性曲線可知,構成熱電偶的兩種不同材料的熱電勢與溫度不成線性關系,有的曲率還比較大。因此,用熱電偶測量溫度,非線性校正也是很重要的,處理不當將帶來誤差。

2、冷端溫度的影響,熱電偶所產生的熱電勢不僅與測量端的溫度有關,而且與冷端的溫度也有關系,只有當冷端溫度恒定時,熱電勢才只與工作端的溫度有關。大多數儀表都有冷端溫度補償作用,如果儀表工作的環境溫度變化不大,對于冷端溫度補償所造成的誤差可忽略不計,但當環境溫度變化大時,因為儀表不可能對冷端溫度*補償,那么同樣會引入一定的誤差。對于B型熱電偶來說,由于在0~50℃范圍內熱電勢小于3μV,可以不進行溫度補償。

3、電信號處理的影響,由熱電偶的分度表可以看出,熱電偶輸出的熱電動勢是很小的,要想實現更的測量,除了提高測量儀器的精密度外,還需加設外置放大電路,這也會引入誤差。

溫度系統的綜合標定

     由上述分析可知,高溫爐溫度的系統誤差主要是由熱電偶和顯示儀表所產生的。而傳統的標定都是對熱電偶、儀表分別進行進行標定,分別給出修正值,有資料表明[6],這只能知道系統的極限誤差,卻不能得到系統誤差的具體值,此誤差與實際誤差相差較大,無法進行修正。本文介紹一種高溫爐溫度系統的綜合標定,將所有的誤差都涵蓋在內,減小了系統誤差。